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基于Virtools的发动机虚拟装配仿真软件的研究与开发

作　者: 降世婧
导　师: 李文军
学　校: 吉林大学
专　业: 交通环境与安全技术
关键词: Virtools 人机交互蚂蚁算法仿真软件
分类号: U467.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

虚拟现实是近几年才推出的高新技术，目前还处于萌芽状态。国内外许多研究人员都在研究开发这一新技术，使得其在应用范围和市场前景得到了飞速发展。目前该技术已经在航天、设计、生产制造、信息管理、教育、娱乐等很多领域得到了广泛的应用。近些年随着我国汽车的工业迅猛发展，汽车行业的培训工作量也日渐增大，本文设计的虚拟现实装配系统就是将虚拟现实技术和汽车行业需求两者相结合，并在这一基础上构建了基于Virtools开发平台的发动机虚拟装配仿真系统，为用户提供了高效的学习平台，同时在提高企业效益和降低培训成本方面起到了关键的作用，使得培训质量和安全性方面都得到了很大的提升。由于现有的虚拟现实装配系统本身存在系统单一化、装配复杂化等不足，因此研究一种智能化、多元化的虚拟装配系统尤为重要。本文在分析国内虚拟现实装配技术和发动机培训相关需求理论的基础上，通过对分布式多人在线互动交流、装配工具自行组装、重要零件模型的展示、点击视频学习等功能的组合实现了该系统的多元化和智能化。最后用蚂蚁算法对系统装配序列进行了优化，证明了其可行性。与传统虚拟现实装配比较，本系统扩展了虚拟现实装配系统的功能，介绍了发动机虚拟装配系统设计原则、整体构架和数据库的设计过程。同时对发动机虚拟装配系统中碰撞检查、分布式对话、重要零部件展示以及学习视频资源等重点模块的功能实现也作了详细阐述。本文基于SQL数据库与Virtools的连接方面的理论基础，对虚拟装配系统发动机重要零部件三维模型的展示、模型资料的查询、发动机拆卸安装的专用工具的自行组装和调用、视频点播学习、多用户在线分布式对话等诸多功能进行了详细的说明，并对其实现过程做了整合和阐述，体现了该系统功能的多样性。考虑到系统运行的流畅性问题，本文采用动态载入方法对系统材料进行载入和管理，实现了系统运行性能方面的优化。最后通过采用蚂蚁算法在系统局部和全局对装配信息素进行更新，从而指导零部件选择最佳的装配路径，实现发动机零部件虚拟装配最优序列的生成和规划，最终达到对整个发动机虚拟现实装配系统的优化。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题研究的背景及意义  10-11
  1.2 国内外的研究现状  11-13
    1.2.1 国外研究现状  11-12
    1.2.2 国内研究现状  12-13
  1.3 研究目标和内容  13-14
  1.4 研究的意义  14
  1.5 本文结构安排  14-16
第2章系统开发环境以及工具的选择  16-24
  2.1 虚拟现实技术的介绍  16-17
    2.1.1 虚拟现实技术的概念  16
    2.1.2 虚拟现实技术的特点  16-17
  2.2 虚拟现实教学应用  17-18
    2.2.1 三维虚拟实验室  17
    2.2.2 三维教学游戏  17-18
  2.3 虚拟现实开发工具  18-22
    2.3.1 常用的开发工具  18-19
    2.3.2 系统软件开发平台 Virtools  19-22
  2.4 本章小结  22-24
第3章发动机虚拟装配系统需求分析与设计  24-36
  3.1 发动机虚拟装配交互仿真软件的需求分析  24
  3.2 仿真软件实现的功能  24-25
  3.3 设计原则  25-26
  3.4 系统的整体构架和功能流程图  26-28
    3.4.1 系统的整体构架  26-27
    3.4.2 功能的流程  27-28
    3.4.3 数据库的设计  28
  3.5 交互功能的设计  28-34
    3.5.1 碰撞检查  28-29
    3.5.2 分布式对话  29-31
    3.5.3 重要零部件的展示  31-32
    3.5.4 专用工具组装调用  32
    3.5.5 摄像机  32
    3.5.6 视频学习资源的利用  32-34
  3.6 本章小结  34-36
第4章交互式装配仿真系统功能的实现过程  36-50
  4.1 制作前的准备  36-37
  4.2 三维模型的优化  37-38
    4.2.1 模型的数据分析  37-38
  4.3 系统建立和初始设定  38-39
    4.3.1 组织资源导入并在 Virtools 中创建灯光  38
    4.3.2 设置模型的材质  38-39
  4.4 虚拟现实交互的实现  39-48
    4.4.1 碰撞检查  39-41
    4.4.2 装配工具的调用  41-42
    4.4.3 多用户在线对话  42-45
    4.4.4 重要零件模型的展示  45-47
    4.4.5 学习视频点播  47-48
  4.5 系统发布  48-49
  4.6 本章小结  49-50
第5章系统的优化  50-58
  5.1 系统运行的优化  50-51
  5.2 基于蚂蚁算法的装配序列的生成  51-54
    5.2.1 装配转移概率的设置  52-53
    5.2.2 信息素的更新  53-54
  5.3 装配序列解的优化  54-55
  5.4 实例及分析  55-57
  5.5 本章小结  57-58
第6章总结与展望  58-60
  6.1 总结  58-59
  6.2 展望  59-60
参考文献  60-64
致谢  64

基于Virtools的发动机虚拟装配仿真软件的研究与开发

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